张明波 王磊 黄鋆 李知承 吴贵芳

摘 要：主要介绍由STM32为核心部件设计形成的智能自平衡立方体系统，本系统主要由四大模块组成，分别是主控模块、电源模块、带动量轮电机模块和MPU6050模块，并通过姿态解算与电机控制程序，配合自抗扰控制算法实现立方体单边自动平衡，实验表明，该系统能够满足自平衡的需求，且成本低，实现简单。

关键词：自平衡立方体，动量轮，模块设计

1引言

目前控制领域的物体自平衡是单片机开发的重要应用之一，且取得了显著的成果。一般的自平衡项目选择开发平衡小车，使用加速度传感器、倾角传感器、超声波传感器、电机控制等模块协同配合，通过车整体的前后运动达到自平衡的目的。本次设计的自平衡立方体在包含加速度传感器、倾角传感器、一般电机模块外，额外使用了动量轮作为立方体平衡的动力来源，取代平衡小车整体移位的平衡方式，采用角动量传递保持自身平衡。

该系统主要包括四大模块，分别是主控模块、电源模块、电机驱动模块和MPU6050模块。

2系统各模块设计

2.1主控模块

STM32F103RCT6是一种嵌入式-微控制器的集成电路，基于使用Cortex-M3内核，是一个32位处理器内核，采用了哈佛结构，拥有独立的指令总线和数据总线，可以让取指与数据访问并行不悖，可以满足自平衡立方体的控制需求。

2.2电源模块

电源模块方块采用12V航模电池作为初始电源，经LM2596T芯片转换后为系统提供稳定的5V电压输出，为后续的各个模块供电